嗅神経細胞の軸索を脳に配線する 分子メカニズム

研
究
ニ
ュ
ー
ス
嗅神経細胞の軸索を脳に配線する
分子メカニズム
− サイクリック AMP シグナルの強度が軸索の配線位置を決定する −
坂野 仁（生物化学専攻 教授），今井 猛（生物化学専攻 CREST 研究員）
哺乳類の中枢神経系は，1,000 億個も
換される（ちょうど 1,000 個の素子か
れる cAMP シグナルの強さによって規
の神経細胞が軸索・樹状突起を伸ばして
らなる電光掲示板のようなものを想像し
定されていることが示された。
シナプス接続し，秩序だった回路形成を
ていただければよい）
。これまでの研究
さらにわれわれは，cAMP シグナルの
行うことによって機能している。しかし
により，嗅球への軸索配線の 2 次元配
強度に応じて「軸索ガイダンス分子」と
ながら，これほど多様な神経細胞のそれ
置のうち，背腹（上下）軸については嗅
呼ばれる分子群の発現量が決まっていて，
ぞれの個性が，どのように分子コード化
神経細胞の嗅上皮における位置が重要な
その勾配で軸索の配線位置が決まること
されて特異的なシナプス形成が行われる
パラメーターになっているといわれてい
を見出した。軸索ガイダンス分子とは，
のかに関してはほとんど解明されていな
た。いっぽう，前後軸については OR 分
軸索末端で軸索の配線の道案内をするこ
い。われわれはこの問題を解決するため
子の種類が何らかの形で配線位置を規定
とが知られている分子のことである。
マウス嗅覚系に着目し，嗅神経細胞の軸
すると考えられてきた。そこでわれわれ
cAMP シグナルの強度によって軸索の
索の配線位置を規定するパラメーターが
は，
OR 分子がどのような分子機構によっ
配線位置が決まるという今回の発見（図
何であるかを解析した。
て軸索の配線位置を決定するのかについ
2）は，嗅覚系のみならず，中枢神経系
マウスは，約 1,000 種類の嗅覚受容
て，遺伝学的解析を行った。
全般における回路形成の基本原理を理解
体（OR：odorant receptor）を用いて匂
OR は 種 々 の 分 子 群 を 介 し て サ イ ク
する上できわめて重要なヒントを与える
い分子を検出している。鼻の奥の嗅上皮
リック AMP（cAMP：環状アデノシン一
ものとして高く評価されている。
に存在する約 1,000 万個の嗅神経細胞
リン酸）の産生を制御していることから，
は， そ れ ぞ れ が 1,000 種 類 の OR の 中
われわれはまず cAMP シグナルの関与
Science , 314, 657-661, 2006 に掲載さ
からたった 1 種類のみを発現して匂い
について検討した。遺伝子改変マウスを
れた。
分子の検出にあたっている。また個々の
作製して cAMP シグナル経路に関わる
嗅神経細胞は，大脳前方の嗅球に存在す
種々の分子を解析した結果，OR から入
る 1,000 対の糸球構造の特定の 1 対に
力される cAMP シグナルがないと軸索
軸索を配線する（軸索投射）が，その配
が正常に嗅球に配線されないことが判明
線位置は発現する OR の種類によって決
した。
まっており，同じ種類の OR を発現する
次に，特定の OR に着目して cAMP の
嗅神経細胞はそれらの軸索を同じ一対の
シグナル強度を変える実験を行ったとこ
糸球へと配線する
（図 1）
。従って，1,000
ろ，軸索の配線位置が嗅球の前後軸に
種類の OR によって検出された匂いの情
沿ってシフトすることが見出された。し
報は，嗅球においては 1,000 個の糸球
たがって，嗅球の前後軸に沿った軸索の
のどれが発火するかという位置情報に変
配線位置は，それぞれの OR から入力さ
図 1：嗅覚系の神経回路
本研究は，T. Imai, M. Suzuki, H. Sakano,
（2006 年 9 月 20 日プレスリリース）
図 2：今回の発見の模式図
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